Usage of metabolic inhibitors to quantify bacterial and archaeal activity in meso- and bathypelagic waters of the North Atlantic

Die Verwendung von Inhibitoren, die spezifisch den Metabolismus von Bakterien und Archaeen inhibieren, ist hilfreich um gruppenspezifische Aktivitäten zu messen. Im Zuge dieser Arbeit testeten wir die Inhibierungsspezifität von Erythromycin (EMY) und N1-guanyl-1,7-diaminoheptan (GC7) an Prokaryoten des offenen Ozeans, die bis dato noch nicht in diesem Umfang durchgeführt worden ist. Wir stellten die Hypothese auf, dass EMY behandelte Proben die Produktivität der Archaeen repräsentieren, wohingegen GC7 behandelte Proben als guter Proxy der bakteriellen Aktivität angesehen werden können. Wasserproben wurden im Juni und Juli 2012 aus verschiedenen Tiefen im Nordatlantik genommen. Die Inhibierung der 3H-Leucin Aufnahme wurde mit Hilfe von Catalyzed Reporter Deposition Fluorescence In Situ Hybridisierung in Kombination mit Mikroautoradiographie (MICRO-CARD-FISH) und Flüssigszintillationszähler gemessen. Des Weiteren wurden Durchflusszytometrie, CARD-FISH und MICRO-CARD-FISH angewendet, um die mikrobielle Abundanz und die Zusammensetzung der mikrobiellen Gemeinschaft zu bestimmen. Die mikrobielle Abundanz nahm mit der Tiefe exponentiell ab, von 3.3 x 105 zu 8.1 x 104 Zellen mL-1. Die Leucin-Aufnahme korrelierte gut mit der mikrobiellen Abundanz und schwankte zwischen 51.6 und 1.9 nmol Leucin m-3 d-1. Gemessen an DAPI-Zählungen, schwankte der Anteil an Bakterien zwischen 28.6 und 46.5%, während SAR11 zwischen 12.2 und 20.8% ausmachte. Gemessen an gesamten DAPI-Signalen machten Thaumarchaeen zwischen 10.5 und 23.2% und Euryarchaeen zwischen 2.3 und 11.5% aus. Entgegen bisheriger Annahmen, führte EMY zu einer vergleichbaren Inhibierung der Leucin-Aufnahme von Bakterien und Archaeen (~61%). GC7 reduzierte die Substrataufnahme, ähnlich wie EMY, allerdings war die 3H-Leucin-Aufnahme der Bakterien zu 39% und die der Archaeen zu 54% reduziert. Wir schlussfolgern daher, dass der getestete Doppelte-Inhibierungsansatz scheinbar zu unspezifisch ist, um damit die Aktivität von Bakterien und Archaeen im offenen Ozean unterscheiden zu können.Domain-specific metabolic inhibitors are useful to quantify the distribution of prokaryotic activity among Bacteria and Archaea in the oceanic water column. Although applied to marine prokaryotic communities in several studies, an in-depth analyses of the specificity of erythromycin (EMY) and N1-guanyl-1,7-diaminoheptane (GC7) to inhibit bacterial and archaeal activity, respectively, has not been done yet. We tested this domain specificity of these two inhibitors on natural prokaryotic assemblages from the North Atlantic. We hypothesized that in EMY-treated samples archaeal activity is obtained, whereas in GC7-treated samples bacterial activity will be measured. Heterotrophic prokaryotic activity was estimated via 3H-leucine incorporation on the bulk and on the single-cell level using catalyzed reporter deposition fluorescence in situ hybridization combined with microautoradiography (MICRO-CARD-FISH). In the water masses used for this inhibitor test, the contribution of Bacteria to total DAPI counts ranged from 29 to 47%, while SAR11 comprised 12 to 21% of the DAPI counts, suggesting that SAR11 contributed substantially to bacterial community. The contribution of Thaumarchaeota ranged from 11 to 23% and Euryarchaeota from 2 to 12% of DAPI counts. In EMY-treated samples leucine incorporation was reduced by ~61%. Using single-cell analyses to test the specificity of the inhibitors, GC7 reduced the substrate uptake of Bacteria and Archaea by 39% and 54%, respectively. Hence, we conclude that neither EMY nor GC7 is entirely domain-specific when applied to complex marine prokaryotic communities. Our results, therefore, call for caution when using these inhibitors to assess domain-specific activities